книги / Электрические аппараты. Общий курс

Интересно отметить, что при МН>Л1Г рабочий угол 0 = 0макс остается неизменным, т. е. ось полюсов, наведен­ ных в активном слое, продолжает вращаться синхронно с полем индуктора, отставая при этом на постоянный угол 0макс. в то же время ротор движется со скольжени­ ем s. Если активный слой выполнен в виде литого ци­ линдра, то, кроме гистерезисного момента Afr, появляется

При этом момент, передаваемый муфтой, возрастает, по становится зависимым от угловой скорости ведомого вала муфты (рис. 15-9).

Рис. 15-9. Механические характеристики гистерезисной муфты.

Большим достоинством гистерезисной муфты являет­ ся постоянство передаваемого момента. Если нагрузоч­ ный момент Мн резко возрастает (неполадки, поломки механизма), то максимальный момент, передаваемый на приводной двигатель, ограничен Мг. Таким образом, ги­ стерезисная муфта защищает двигатель от перегрузки. Постоянный момент муфты обеспечивает быстрый раз­ гон нагрузки. В ряде схем автоматики необходима быст­ рая остановка системы. Здесь эффективно применить тормоз на базе гистерезисной муфты. Ведомая часть муфты делается неподвижной, а ведущая часть соединя­ ется с приводным двигателем. Для торможения двига­ тель отключается и включается муфта. Постоянный тор­

мозной момент муфты обеспечивает быструю остановку механизма.

В синхронной муфте можно также использовать силы электромагнитного тяжения. Статор с обмоткой возбуж­ дения выполнен с явными полюсами. Ротор из магнит­ но-мягкого материала имеет форму звездочки с таким же числом полюсов [Л. 15-5]. Однако такая муфта не имеет естественного пускового момента. Кроме того, мо­ мент, передаваемый такой муфтой, при 0 > 0 Макс падает

сувеличением угла 0, что является большим недостат­ ком.

Гистерезисные муфты широко применяются также в тех случаях, когда необходимо передать момент в среду

сагрессивным веществом, находящимся под высоким давлением. В этом случае применяются муфты с акси­ альным рабочим зазором. Ведущая часть с индуктором отделена немагнитной стенкой от ведомой части с актив­ ным слоем в виде колец.

А П П А Р А Т Ы Р А С П Р Е Д Е Л И Т Е Л Ь Н Ы Х У С Т Р О Й С Т В

Н И З К О Г О И В Ы С О К О Г О Н А П Р Я Ж Е Н И Я

Г л ав а ш е с тн а д ц ат ая РУБИЛЬНИКИ И ПЕРЕКЛЮ ЧАТЕЛИ

16-1. Общие сведения

Рубильник предназначен для ручного включения и отключения цепей с постоянным напряжением до 440 В и переменным 500 В.

Общий вид рубильника с центральной рукояткой изо­ бражен на рис. 16-1. Подвижный контакт — нож 1 вра­ щается в шарнирной стойке 2. При вращении рукоятки по часовой стрелке между ножом и контактом неподвиж­ ной стойки 3 загорается дуга.

Гашение дуги постоянного тока при небольшом значе­ нии тока (до 75 А) происходит за счет механического удлинения дуги двигающимся ножом. Чем больше ско­ рость движения контакта, тем больше скорость растяже­ ния дуги и меньше время ее горения. При отключении больших токов решающим фактором являются электро­ динамические силы. Эта сила, действующая на единицу длины дуги, примерно обратно пропорциональна длине ножа. В связи с этим длина ножа может быть достаточно малой и выбирается такой, чтобы обеспечить гашение малых токов (менее 75 А) [Л. 3-3].

Рубильники должны обеспечивать надежное отсоеди­ нение установки от напряжения с тем, чтобы можно бы­ ло безопасно производить ее ремонт. Поэтому расстоя­ ние между контактными стойками 3 берется не менее 0,05 м.

На процесс гашения дуги оказывают влияние также тепловые потоки воздуха, создаваемые дугой. Гашение дуги получается более успешным в том случае, когда растяжение дуги за счет конвективного движения возду­ ха совпадает с направлением действия электродинамиче­ ских сил (рубильник устанавливается так, чтобы кри­ визна дуги была обращена вверх).

При отключении переменного тока дуга в рубильнике гасится за счет возникновения электрической прочности 200—220 В около каждого катода (§ 4-8). Применение для двухполюсной цепи двухполюсного рубильника по­ зволяет легко гасить дугу с номинальным током при на­ пряжении до 380 В. Однополюсный рубильник с одним разрывом надежно работает в цепи с напряжением 220 В.

Необходимо отметить, что рубильники и переключа­ тели с центральной рукояткой (рис. 16-1) разрешается применять только для отключения цепи без тока. Отклю­ чение цепей с током разрешается в том случае, когда дуга не может воздействовать на руку (рукоятка приво­ да находится сбоку или применяется рычажный привод, см. рис. 16-2).

Как правило, критический ток рубильника меньше его номинального тока продолжительного режима. Для ру­ бильников и переключателей с боковой рукояткой или с рычажным приводом отношение отключаемого тока к номинальному составляет 0,2 при постоянном напряже­ нии 220 В и 0,3 для переменного напряжения 380 В. При постоянном напряжении 440 В и переменном 500 В ука­

занные аппараты предназначены только для отключения обесточенных цепей.

Для увеличения отключающей способности рубиль­ ник снабжается дугогасительной камерой в виде дуго­ гасительной решетки (см. § 10-3).

При этом отключающая способность рубильников увеличивается до 0,5/н при постоянном напряжении

Рис. 16-2. Рубильник с рычажным приводом и дугогасительной ка­ мерой.

440 В и переменном 500 В, а в цепях с постоянным на­ пряжением 220 В и переменным 380 В они способны от­ ключать номинальный ток.

16-2. Конструкция рубильников

Рубильники выпускаются в одно-, двух-и трехполюсных исполне­ ниях. На рис. 16-2 изображен трехполюсный рубильник с централь­ ным рычажным приводом и дугогасительной камерой. Ножи всех трех полюсов соединены изоляционным валиком, на который действу­ ет тяга рычажного привода. Рукоятка привода монтируется на ли­ цевой стенке шкафа распредустройства, а сам рубильник располага­ ется на стальных рейках внутри шкафа. Такая конструкция обеспе­ чивает полную безопасность оператора.

Качество рубильников и переключателей в значительной степени определяется работой контактного соединения между ножом и кон­ тактными"" стойками. В современных аппаратах преимущественное применение получил линейный контакт (§ 3-4), который позволяет получить при одинаковой силе трения в контакте гораздо меньшее переходное сопротивление, чем плоский. Контактное нажатие должно производиться не за счет упругих свойств контактных стоек, а с помощью стальных пружин.

В рубильнике рис. 16-1 нажатие в стойке 3 создается с помощью пружины в виде разрезанного кольца, концы которого действуют на

эластичные губки. Нажатие губок в шарнирной стойке 2 осуществля­ ется пружинами в виде выпуклых шайб 5. При токе, большем 100А, устанавливается несколько параллельных контактных пар.

Переключатель в отличие от рубильника имеет две системы не­ подвижных контактов и три коммутационных положения. В среднем пол.ожении ножей цепи разомкнуты. Специальное устройство фикси­ рует ножи в этом положении.

16-3. Пакетные выключатели и переключатели

Пакетные выключатели и переключатели являются многоступенчатыми аппаратами, предназначенными для нечастых коммутаций в цепях с небольшой мощностью (токи до 400 А, постоянное на­ пряжение 220 В и переменное 380 В). Пакетные переключатели применяются как аппараты рас­ пределительных устройств и в слаботочных цепях автоматики.

Они используются также для пуска двигателей, реверса, пе­ реключения схемы соединения обмоток двигателя со звезды на

треугольник.

Выключатель ПВМ (рис. 16-3) со­ стоит из отдельных связанных вместе пакетов 5 и приводного механизма 4. Па­ кет образует один полюс выключателя. Каждый полюс имеет два разрыва. Не­ подвижные контакты 1 выполнены в ви­ де массивных пластин из латуни. Под­ вижный контакт 2 насажен на квадрат­ ный изолированный вал выключателя и имеет вращательное движение. Нажатие контактов создается за счет упругих

свойств губок подвижного контакта 2. Рис. 16-3. Пакетный вы­ К подвижному контакту прикрепле­ ключатель серии ПВМ. ны две щечки 3 из фибровых пластин.

Расстояние между щечками немного больше толщины неподвижного контак­ та, что позволяет подвижному контакту свободно вращаться внутри

пакета.

Движение подвижного контакта создается с помощью привод­ ного механизма. При вращении рукоятки сначала заводится пружи­ на, а затем эта пружина сообщает необходимую скорость контакту.

При расхождении контактов дуга загорается в двух разрывах, что обеспечивает надежное гашение дуги пе­ ременного тока за счет околокатодной электрической прочности. Дуга гаснет при первом прохождении пере­ менного тока через нуль.

Гашение дуги постоянного тока обеспечивается бла­ годаря тому, что образующаяся дуга горит в простран­ стве между фибровыми щечками. Дуга, соприкасаясь со стенками из фибры, выделяет газ. Поскольку внутренняя полость пакета достаточно герметична, внутри пакета по­ вышается давление. Это ведет к подъему вольт-амперной характеристики и успешному гашению дуги (§4 -2). В двухполюсной схеме цепь должна обязательно отклю­

чаться двухполюсным выключателем.

Недостатками выключателя ПВМ являются малая износостой­ кость (до 20-103 переключений) и ненадежность механизма привода.

Более совершенным является кулачковый пакетный выключатель ПКВ (рис. 16-4). На валу 1 укреплен кулачок 2 (по одному на пакет). Каждая цепь имеет два разрыва, образуемые мостиком 3 и контакта­ ми 4. При вращении вала кулачок поворачивается и шток 5 попадает в углубление. При этом цепь замыкается. Нажатие контактов созда­ ется стальной пружиной 6. Для повышения износостойкости исполь­ зуют металлокерамические контакты. Вместо малонадежного приво­ да ПВМ используется фиксатор положения, аналогичный конструк­ ции фиксатора командоконтроллера (рис. 9-6). Наибольший ток серии ПКВ 160 А. Электри­ ческая износостойкость от 1 до 2-105 коммутационных циклов.

Пакетные выклю­ чатели и переключа­ тели обладают боль­ шими преимущества­ ми по сравнению с ру­ бильниками. ■Они име­ ют малые габариты, удобны в монтаже. Дуга гасится в замкну­ том объеме, без выбро­ са пламени и газов. Контактная система позволяет управлять одновременно боль­ шим количеством це­ пей. Эти выключатели коммутируют номи­

К предохранителям предъявляются следующие тре­ бования.

1.Время-токовая характеристика предохранителя должна проходить ниже характеристики защищаемого объекта, причем возможно ближе к ней (§ 17-2).

2.При коротком замыкании предохранители должны работать селективно (§ 17-5).

3.Характеристики предохранителя должны быть ста­ бильными. Разброс параметров из-за производственных отклонений не должен нарушать защитные свойства пре­ дохранителя.

4.В связи с возросшей мощностью установок предо­ хранители должны иметь высокую отключающую спо­ собность.

5.Замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна требовать много времени.

17-2. Нагрев плавкой вставки при длительной нагрузке

Основной характеристикой предохранителя является зависимость времени плавления вставки от протекающе­ го тока. Для совершенной защиты желательно, чтобы время-токовая характеристика предохранителя (кри­ вая 1 на рис. 17-1) во всех точках шла немного ниже ха­ рактеристики защищаемого объекта (кривая 2 на рис. 17-1). Однако реальная характеристика предохра­ нителя (кривая 3) пересекает кривую 2. В области боль­ ших перегрузок (область Б) предохранитель защищает объект. В области А предохранитель объект не защи­ щает.

При небольших перегрузках (1,5ч-2)/н нагрев предо­ хранителя протекает медленно. Большая часть тепла от-

дается окружающей среде. Сложные условия теплоот­ дачи затрудняют расчет плавящего тока [Л. 17-1].

Ток, при котором плавкая вставка сгорает при дости­ жении ею установившейся температуры, называется п о- г р а н и ч н ы м т о к о м / погр. Для того чтобы предо­ хранитель не срабатывал при номинальном токе, необхо­

В связи с этим принимаются меры к снижению тем­ пературы плавления вставки, что наиболее просто дости­ гается применением легкоплавких металлов, таких как свинец, цинк и сплавы.

Физические константы материалов, которые приме­

у меди. Для того чтобы при прохождении данного тока вставка нагрелась до допустимой температуры (150° С),

ее сечение должно быть значительно больше, чем сече­ ние вставки из меди.

При плавлении вставки пары металла ионизируются в возникающей дуге благодаря высокой температуре. Большой объем вставки увеличивает количество паров металла в дуге, затрудняет ее гашение, уменьшает пре­ дельный ток, отключаемый предохранителем.

Применение легкоплавких металлов не дает удов­ летворительного решения. В настоящее время широкое распространение получили медные и серебряные плав­ кие вставки с металлургическим эффектом [Л. 17-3, 17-4].

На тонкую проволоку (диаметр менее 0,001 м) нано­ сится шарик олова. При нагреве вставки сначала пла­ вится олово, имеющее низкую температуру плавления (232° С). В месте контакта олова с медной проволокой начинается растворение меди и уменьшение сечения медной вставки. Это вызывает увеличение сопротивле­ ния и повышение потерь в этой точке. Процесс длится до тех пор, пока расплавится медная проволока в точке, где расположен оловянный шарик. Возникшая при этом дуга расплавляет проволоку на всей длине. Применение оловянного шарика снижает среднюю температуру встав­ ки в момент плавления до 280° С.

Стабильность время-токовой характеристики в зна­ чительной степени зависит от окисления плавкой вставки.

Свинец и цинк образуют на воздухе пленку окисла, которая предохраняет вставку от изменения сечения.

Медная вставка при длительной работе с высокой температурой интенсивно окисляется. Пленка окисла при изменении температурного режима отслаивается и сечение вставки постепенно уменьшается. В результа­ те плавкая вставка перегорает при номинальном токе, если ее температура при токе, близком к пограничному, выбрана высокой.

В табл. 17-1 приведены рекомендуемые температуры 0д вставок при номинальном токе.

Из -за того что температура медной вставки при токе, близком к номинальному, выбирается значительно ниже температуры Плавления, приходится завышать сечение вставки и тем самым увеличивать отношение /Погр//ном примерно до 1,8, что ухудшает время-токовую характе­ ристику предохранителя.